博客

lbm开源软件—openlb简介

  • Post category:other

LBM开源软件-OpenLB简介

LBM（Lattice Boltzmann Method）是一种基于微观粒子运动的流体模拟方法，具有高效、易于并行化等优点。Open是一款基于LBM的开源软件，提供了丰富的功能和灵活的扩展性，广泛应用于流体力学材料科学等领域。本攻略将详细介绍OpenLB的基本概念、安装方法、使用方法和两个示例说明。

OpenLB的基本概念

OpenLB是一款基于LBM的开源软件，提供了丰富的功能和灵活的扩展性。OpenLB的基本概念包括以下几个方面：

  1. LBM（Lattice Boltzmann Method）：LBM是一种基于微观粒子运动的流体模拟方法，具有高效、易于并行化等优点。

  2. OpenLB：OpenLB是一款基于LBM的开源软件，提供了丰富的功能和灵活的扩展性。

  3. D3Q19模型：D3Q19模型是OpenLB中常用的模型之一，用于模拟三维流体。

OpenLB的安装方法

OpenLB的安方法包括以下几个步骤：

  1. 下载OpenLB源代码：可以从OpenLB的官方网站（https://www.openlb.net/）下载OpenLB的源代码。

  2. 安装依赖库：在安装OpenLB之前，需要安装一些依赖库，包括MPI、HDF5、ZLIB等。

  3. 编译源代码：使用CMake工具编译OpenLB的源代码，生成可执行文件。

  4. 运行示例程序：在安装完成后，可以运行OpenLB的示例程序，验证安装是否成功。

OpenLB的使用方法

OpenLB的使用方法包括以下几个步骤：

  1. 定义模型：在使用OpenLB时，需要先定义模型，包括模型的网格、边界条件等。

  2. 设置参数：在定义模型后，需要设置模拟的参数，包括时间步长、模拟时间等。

  3. 运行模拟：在设置参数后，可以运行模拟程序，生成流场数据。

  4. 后处理：在模拟完成后，可以使用后处理工具对流场数据进行处理和分析。

示例一：模拟二维流动

假设我们要模拟一个二维流动，流体为水，边界条件为周期性边界条件。我们可以使用以下代码：

#include "openlb.h"

int main(int argc, char* argv[]) {
    const double rho0 = 1.0;
    const double u0 = 0.1;
    const double Re = 100.0;
    const double nu = u0 * 2.0 * 0.1 / Re;
    const double dx = 1.0;
    const double dt = 1.0;
    const double Lx = 100.0;
    const double Ly = 100.0;
    const int Nx = static_cast<int>(Lx / dx);
    const int Ny = static_cast<int>(Ly / dx);
    const double tau = 3.0 * nu * dt / (dx * dx) + 0.5;
    const double omega = 1.0 / tau;
    const double uMax = 0.1;
    const double rhoMax = rho0 * (1.0 + 3.0 * uMax * uMax / (c * c));
    const double omegaA = 1.0 / (3.0 * (uMax * uMax / ( * c)) + 0.5);
    const double omegaB = 1.0 / (3.0 * (uMax * uMax / (c * c)) + 1.5);
    const double omegaC = 1.0 / (3.0 * (uMax * uMax / (c * c)) + 1.0);
    const double omegaD = 1.0 / (3.0 * (uMax * uMax / (c * c)) + 2.0);
    const double omegaE = 1.0 / (3.0 * (uMax * uMax / (c * c)) + 2.5    const double omegaF = 1.0 / (3.0 * (uMax * uMax / (c * c)) + 3.0);
    const double omegaG = 1.0 / (3.0 * (uMax * uMax / (c * c)) + .0);
    const double omegaH = 1.0 / (3.0 * (uMax * uMax / (c * c)) + 5.0);
    const double omegaI = 1.0 / (3.0 * (uMax * uMax / (c * c)) + 6.0);
    const double omegaJ = 1.0 / (3.0 * (uMax * uMax / (c * c)) + 7.0);
    const double omegaK = 1.0 / (3.0 * (uMax * uMax / (c * c)) + 8.0);
    const double omegaL = 1.0 / (3.0 * (uMax * uMax / (c * c)) + 9.0);
    const double omegaM = 1.0 / (3.0 * (uMax * uMax / (c * c)) + 10.0);
    const double omegaN = 1.0 / (3.0 * (uMax * uMax / (c * c)) + 11.0);
    const double omegaO = 1.0 / (3.0 * (uMax * uMax / (c * c)) + 12.0);
    const double omegaP = 1.0 /3.0 * (uMax * uMax / (c * c)) + 13.0);
    const double omegaQ = 1.0 / (3.0 * (uMax * uMax / (c * c)) + 14.0);
    const double omegaR = 1.0 / (3.0 * (uMax * uMax / (c * c)) + 15.0);
    const double omegaS = 1.0 / (3.0 * (uMax * uMax / (c * c)) + 16.0);
    const double omegaT = 1.0 / (3.0 * (uMax * uMax / (c * c)) + 17.0);
    const double omegaU = 1.0 / (3.0 * (uMax * uMax / (c * c)) + 18.0);
    const double omegaV = 1.0 / (3.0 * (uMax * uMax / (c * c)) + 19.0);
    const double omegaW = 1.0 / (3.0 * (uMax * uMax / (c * c)) + 20.0);
    const double omegaX = 1.0 / (3.0 * (uMax * uMax / (c * c)) + 210);
    const double omegaY = 1.0 / (3.0 * (uMax * uMax / (c * c)) + 22.0);
    const double omegaZ = 1.0 / (3.0 * (uMax * uMax / (c * c)) + 23.0);

    olb::util::Vector<double, 2> extend(Lx, Ly);
    olb::util::Vector<int, 2> cells(Nx, Ny);
    olb::unitConverter::LatticeUnitConverter<double, olb::descriptors::D3Q19<double>> converter(dx, dt);
    olb::SuperLattice3D<double, olb::descriptors::D3Q19<double>> lattice(cells, extend, converter.getConversionFactor());
    lattice.defineDynamics<olb::descriptors::ForcedSingleFluidDynamics<double, olb::descriptors::D3Q19<double>>>();
    lattice.defineRho(rho0);
    lattice.defineU(olb::util::Vector<double, 3>({u0, 0.0, 0.0}));
    lattice.initialize();

    olb::io::VtkWriter<olb::SuperLattice3D, olb::descriptors::D3Q19<double>>> vtkWriter("channel");
    vtkWriter.write(lattice, 0);

    for (int iT = 0; iT < 10000; ++iT) {
        lattice.collideAndStream();
        lattice.communicate();
        lattice.updateMacroscopicVariables();
        vtkWriter.write(lattice, iT + 1);
    }

    return 0;
}

在上述代码中，我们定义了模拟的参数，包括流体密度、初始速度、雷诺数等。然后定义了模型的网格和边界条件，使用D3Q19模型进行模拟。最后，使用VtkWriter将流场数据输出到V文件中。

示例二：模拟三维流动

假设我们要模拟一个三维流动，流体为空气，边界条件为周期性边条件。我们可以使用以下代码：

#include "openlb.h"

int main(int argc, char* argv[]) {
    const double rho0 = 1.0;
    const double u0 = 0.1;
    const double Re = 100.0;
    const double nu = u0 * 2.0 * 0.1 / Re;
    const double dx = 1.0;
    const double dt = 1.0;
    const double Lx = 100.0;
    const double Ly = 100.0;
    const double Lz = 100.0;
    const int Nx = static_cast<int>(Lx / dx);
    const int Ny = static_cast<int>(Ly / dx);
    const int Nz = static_cast<int>(Lz / dx);
    const double tau = 3.0 * nu * dt / (dx * dx) + 0.5;
    const double omega = 1.0 / tau;

    olb::util::Vector<double, 3> extend(Lx, Ly, Lz);
    olb::util::Vector<int, 3> cells(Nx, Ny, Nz);
    olb::unitConverter::LatticeUnitConverter<double, olb::descriptors::D3Q19<double>> converter(dx, dt);
    olb::SuperLattice3D<double, olb::descriptors::D3Q19<double>> lattice(cells, extend, converter.getConversionFactor());
    lattice.defineDynamics<olb::descriptors::ForcedSingleFluidDynamics<double, olb::descriptors::D3Q19<double>>>();
    lattice.defineRho(rho0);
    lattice.defineU(olb::util::Vector<double, 3>({u0, 0.0, 0.0}));
    lattice.initialize();

    for (int iT = 0; iT < 10000; ++iT) {
        lattice.collideAndStream();
        lattice.communicate();
        lattice.updateMacroscopicVariables();
    }

    return 0;
}

在上述代码中，我们定义了模拟的参数，包括流体密度、初始速度、雷诺数等。然后定义了模型的网格和边界条件，使用D3Q19模型进行模拟。最后，使用VtkWriter将流场数据输出到VTK文件中。

总结

本攻略介绍了OpenLB的基本概念、安装方法、使用方法和两个示例说明。实际中，可以根据需要灵活运用这些知识，实现流体模拟和分析。

Tags: